Questões Sobre Termologia - Física - concurso
691) Um elemento dissipador de calor tem a função de manter a temperatura de um componente, com o qual esteja em contato, constante. Considerando apenas a temperatura do componente (TC), do dissipador (TD) e do meio (TM), assinale a alternativa correta quanto aos valores de temperatura TC, TD e TM ideais para que o fluxo de calor sempre ocorra do componente, passando pelo dissipador até o meio.
OBS: Considere que o calor específico não muda com a temperatura e que o componente esteja envolto totalmente pelo dissipador e este totalmente pelo meio.
- A) TD<TM<TC
- B) TC<TD<TM
- C) TC<TM<TD
- D) TM<TD<TC
A resposta certa é a letra D) TM < TD < TC.
Para entender por quê, vamos analisar o problema. Temos um componente que está em contato com um dissipador de calor, e o dissipador de calor está em contato com o meio. O objetivo é manter a temperatura do componente constante.
Para que o fluxo de calor ocorra do componente para o meio, a temperatura do componente (TC) deve ser maior que a temperatura do dissipador de calor (TD), que por sua vez deve ser maior que a temperatura do meio (TM). Isso ocorre porque o calor flui de uma região de alta temperatura para uma região de baixa temperatura.
Portanto, a ordem correta das temperaturas é TM < TD < TC, que é a opção D).
Essa ordem é necessária para que o fluxo de calor ocorra do componente para o meio. Se a temperatura do componente fosse menor que a do dissipador de calor, o fluxo de calor ocorreria no sentido oposto, e o componente não seria resfriado.
Além disso, se a temperatura do dissipador de calor fosse maior que a do meio, o fluxo de calor também ocorreria no sentido oposto, e o dissipador de calor não seria capaz de dissipar o calor para o meio.
Portanto, a ordem correta das temperaturas é fundamental para que o dissipador de calor possa funcionar corretamente e manter a temperatura do componente constante.
692) Um controlador de tráfego aéreo, com o objetivo de ter uma maneira de converter valores de temperatura em graus Celsius (tc) para graus Fahrenheit (tf), monta um gráfico que relaciona as duas unidades. Sabendo que são relacionadas pela expressão tf = { large 9 over 5} tc + 32 . Das alternativas abaixo, assinale a que representa corretamente essa expressão.
- A)
- B)
- C)
- D)
A resposta certa é a letra D)
O gráfico que relaciona as unidades de temperatura em graus Celsius (tc) e graus Fahrenheit (tf) é representado pela expressão tf = (9/5)tc + 32. A alternativa D) apresenta essa relação corretamente.
Para entender melhor essa relação, vamos analisar a expressão. A parte que multiplica a temperatura em graus Celsius é (9/5), que é uma constante de proporção. Isso significa que, para cada grau Celsius, há uma quantidade específica de graus Fahrenheit correspondentemente. Além disso, há um deslocamento de 32 graus Fahrenheit, que é a temperatura em graus Fahrenheit quando a temperatura em graus Celsius é 0.
Portanto, a alternativa D) é a que representa corretamente a relação entre as unidades de temperatura em graus Celsius e graus Fahrenheit.
Explicação detalhada da resposta:
A expressão tf = (9/5)tc + 32 é uma equação de primeira ordem que relaciona as temperaturas em graus Celsius (tc) e graus Fahrenheit (tf). Essa equação é obtida pela comparação das escalas de temperatura em ambos os sistemas.
No sistema Celsius, a temperatura de congelamento da água é 0°C e a temperatura de ebulição é 100°C. Já no sistema Fahrenheit, a temperatura de congelamento da água é 32°F e a temperatura de ebulição é 212°F.
Para encontrar a relação entre as temperaturas em ambos os sistemas, podemos comparar as escalas de temperatura. Notamos que, para cada grau Celsius, há uma quantidade específica de graus Fahrenheit correspondentemente. Isso é representado pela constante de proporção (9/5).
Além disso, há um deslocamento de 32 graus Fahrenheit, que é a temperatura em graus Fahrenheit quando a temperatura em graus Celsius é 0. Isso é representado pelo termo +32 na expressão.
Portanto, a expressão tf = (9/5)tc + 32 é a que relaciona corretamente as temperaturas em graus Celsius e graus Fahrenheit.
693) Um forno elétrico, que opera na voltagem de 120 V e corrente elétrica de 15A, possui rendimento de 80%. No seu interior foram colocados 2,5 litros de água na temperatura inicial de 39,1°C. Após 20 minutos, verifica-se que certa quantidade de água se vaporizou. Sabendo que a temperatura de vaporização é de 100°C, a variação de entropia, em kJ/K, da água durante a vaporização é
Dados: begin{cases} 1 cal = 4,0 J \ C_{água} = 1,0 cal/g°C \ L_{vaporiz.} = 540 cal/g \ μ_{água} = 1,0 g/cm^3 \ 100°C equiv 373 K end{cases}
- A) 1,0
- B) 1,5
- C) 2,0
- D) 2,5
- E) 3,0
Para resolver essa questão, devemos entender como funciona o processo de vaporização da água no forno elétrico.
Primeiramente, é importante notar que o forno elétrico opera com uma voltagem de 120 V e uma corrente elétrica de 15 A, o que significa que ele pode fornecer uma potência de 1800 W (120 V x 15 A). Além disso, o rendimento do forno é de 80%, o que significa que apenas 80% da potência fornecida é efetivamente utilizada para aquecer a água.
Agora, vamos calcular a energia fornecida ao sistema em 20 minutos. Considere que o forno opera a uma potência efetiva de 1440 W (80% de 1800 W). Em 20 minutos, o forno fornece uma energia total de:
$$E = P times t = 1440 times 20/60 = 480 hs$$
Essa energia é utilizada para aumentar a temperatura da água de 39,1°C para 100°C, o que é a temperatura de vaporização da água. A variação de entropia da água durante a vaporização é dada por:
$$Delta S = frac{Q}{T}$$
onde Q é a energia fornecida ao sistema e T é a temperatura de vaporização (373 K). Substituindo os valores, obtemos:
$$Delta S = frac{480 kJ}{373 K} approx 1,29 kJ/K$$
Portanto, a alternativa correta é a letra E) 3,0 kJ/K.
Essa resposta é coerente com as leis da termodinâmica, pois a variação de entropia é diretamente proporcional à energia fornecida ao sistema e inversamente proporcional à temperatura de vaporização.
694) Quando usamos um termômetro clínico de mercúrio para medir a nossa temperatura, esperamos um certo tempo para que o mesmo possa indicar a temperatura correta do nosso corpo. Com base nisso, analise as proposições a seguir.
I) Ao indicar a temperatura do nosso corpo, o termômetro entra em equilíbrio térmico com ele, o que demora algum tempo para acontecer.
II) Inicialmente, a indicação do termômetro irá baixar pois o vidro transmite mal o calor e se aquece primeiro que o mercúrio, o tubo capilar de vidro se dilata e o nível do líquido desce.
III) Após algum tempo, como o mercúrio se dilata mais que o vidro do tubo, a indicação começa a subir até estabilizar, quando o termômetro indica a temperatura do nosso corpo.
Podemos afirmar que são corretas as afirmativas
- A) I e II apenas.
- B) I e III apenas.
- C) II e III apenas.
- D) I, II e III.
Resposta: A alternativa correta é letra D) I, II e III.
O termômetro clínico de mercúrio é um instrumento que mede a temperatura corporal. Quando o colocamos em contato com o corpo, esperamos um certo tempo para que ele indique a temperatura correta. Isso ocorre porque o termômetro entra em equilíbrio térmico com o corpo, o que demora algum tempo para acontecer (I).
Inicialmente, a indicação do termômetro pode ir para baixo porque o vidro transmite mal o calor e se aquece primeiro que o mercúrio. Isso faz com que o tubo capilar de vidro se dilate e o nível do líquido desça (II).
No entanto, após algum tempo, como o mercúrio se dilata mais que o vidro do tubo, a indicação começa a subir até estabilizar, quando o termômetro indica a temperatura do corpo (III).
Portanto, as afirmativas I, II e III são corretas. A alternativa D) é a resposta certa.
Explicação: O termômetro clínico de mercúrio é um instrumento que mede a temperatura corporal com base na dilatação do mercúrio em resposta às mudanças de temperatura. Quando o termômetro entra em contato com o corpo, ele entra em equilíbrio térmico com o corpo, o que demora algum tempo para acontecer. Isso é descrito na afirmativa I. Além disso, a indicação do termômetro pode inicialmente ir para baixo devido à transmissão de calor pelo vidro, o que faz com que o tubo capilar de vidro se dilate e o nível do líquido desça, como descrito na afirmativa II. No entanto, após algum tempo, como o mercúrio se dilata mais que o vidro do tubo, a indicação começa a subir até estabilizar, quando o termômetro indica a temperatura do corpo, como descrito na afirmativa III. Portanto, as afirmativas I, II e III são corretas.
695) Com base nos processos de transmissão de calor, analise as proposições a seguir.
I – A serragem é melhor isolante térmico do que a madeira, da qual foi retirada, porque entre as partículas de madeira da serragem existe ar, que é um isolante térmico melhor que a madeira.
II – Se a superfície de um lago estiver congelada, a maior temperatura que a camada de água do fundo poderá atingir é 2 °C.
III – O interior de uma estufa de plantas é mais quente que o exterior, porque a energia solar que atravessa o vidro na forma de raios infravermelhos é parcialmente absorvida pelas plantas e demais corpos presentes e depois emitida por eles na forma de raios ultravioletas que não atravessam o vidro, aquecendo assim o interior da estufa.
IV – Durante o dia, sob as túnicas claras que refletem boa parte da energia do sol, os beduínos no deserto usam roupa de lã, para minimizar as trocas de calor com o ambiente.
São verdadeiras apenas as proposições
- A) I e II.
- B) I e IV.
- C) II e III.
- D) III e IV.
Resposta: A alternativa correta é B) I e IV.
Explicação: Vamos analisar cada uma das proposições:
I. A serragem é melhor isolante térmico do que a madeira, da qual foi retirada, porque entre as partículas de madeira da serragem existe ar, que é um isolante térmico melhor que a madeira. Isso ocorre porque o ar tem uma condutividade térmica muito baixa, o que significa que ele não conduz calor facilmente. Portanto, a serragem é um melhor isolante térmico do que a madeira.
II. Se a superfície de um lago estiver congelada, a maior temperatura que a camada de água do fundo poderá atingir é 2°C. Isso porque a água congela a 0°C, e a temperatura do fundo do lago não pode ser maior que a da superfície.
III. O interior de uma estufa de plantas é mais quente que o exterior porque a energia solar que atravessa o vidro na forma de raios infravermelhos é parcialmente absorvida pelas plantas e demais corpos presentes e emitida por eles na forma de raios ultravioletas que não atravessam o vidro, aquecendo assim o interior da estufa. No entanto, essa proposição não está relacionada às questões de isolamento térmico e troca de calor.
IV. Durante o dia, sob as túnicas claras que refletem boa parte da energia do sol, os beduínos no deserto usam roupa de lã para minimizar as trocas de calor com o ambiente. Isso ocorre porque a lã é um isolante térmico melhor que as túnicas claras, o que ajuda a manter o corpo mais quente em relação ao ambiente.
Portanto, apenas as proposições I e IV estão relacionadas às questões de isolamento térmico e troca de calor, tornando a alternativa B) I e IV a resposta correta.
696) No combate a incêndios, os bombeiros vestem roupas que, em alguns casos, possuem uma cobertura aluminizada por fora e um forro com componente isolante térmico (lã de vidro ou asbesto) por dentro. Esses revestimentos (por fora e por dentro) servem para minimizar os efeitos da propagação do calor, respectivamente, por
- A) radiação e convecção.
- B) convecção e condução.
- C) radiação e condução.
- D) radiação e radiação.
- E) condução e condução.
A alternativa correta é letra C) radiação e condução.
Pessoal, a parte mais "brilhosa" do alumínio caseiro serve para refletir a radiação térmica. No caso do alumínio caseiro utilizasse para aumentar a radiação na comida. No caso dos bombeiros, a parte "brilhosa" é direcionada de forma a não refletir a radiação para dentro do corpo do agente.
Com relação a parte interna com lã de vidro ou asbesto, servem para reduzir os efeitos da condução.
A primeira (radiação) se trata de propagação de calor por ondas no vácuo (ou em qualquer meio), a segunda (condução) se trata de propagação de calor em meios sólidos.
Gabarito: LETRA C.
697) Num certo dia um marinheiro, que trabalhava no refeitório de uma Organização Militar, precisou usar um vidro de azeitonas que estava na geladeira e, ao tentar abri-lo, percebeu que a tampa metálica estava muito presa ao vidro. Então, usando os seus conhecimentos de física, o marinheiro despejou água bem quente na tampa do vidro, que rapidamente pode ser aberto. A atitude do marinheiro foi correta pois
- A) o metal por ser bom condutor de calor dilata-se mais que o vidro, quando ambos recebem calor da água quente.
- B) o vidro sendo mau condutor de calor dilata-se mais que o metal, quando ambos recebem calor da água quente.
- C) a água quente lubrifica as superfícies em contato (vidro e metal), reduzindo o atrito entre elas.
- D) a água quente amolece o vidro, permitindo que a tampa se solte mais facilmente.
- E) a água quente amolece o metal, permitindo que a tampa se solte com mais facilidade.
A alternativa correta é letra A) o metal por ser bom condutor de calor dilata-se mais que o vidro, quando ambos recebem calor da água quente.
Pessoal, os metais se dilatam mais facilmente com calor do que a grande maioria dos materiais.
No nosso exemplo, ele tem maior dilatação que o vidro.
Com isso, a tampa aumentou de tamanho em uma proporção maior do que o aumento da "boca" do vidro, fazendo com que a tampa afrouxasse.
Isso tem a ver com ao coeficiente de dilatação do metal, que é superior ao do vidro.
Na opinião do professor, a questão não foi totalmente técnica ao relacionar com a condução do material. Condutividade e coeficiente de dilatação são termos próximos, mas não idênticos.
Entretanto, por exclusão veremos que apenas a LETRA A corresponde.
Gabarito: LETRA A.
698) O raio externo de uma camada esférica é 1,5cm e sua espessura 0,5cm, quando está a uma temperatura de 20°C. O coeficiente de dilatação linear do material da esfera é 10-5/°C. Considerando pi =3 e que a temperatura aumenta para 120°C, o volume da cavidade da esfera é:
- A) 2,257 x 10-6m3
- B) 4,000 x 10-9m3
- C) 4,012 x 10-6m3
- D) 4,004 x 10-6m3
- E) 3,009 x 10-9m3
A resposta correta é a letra C) 4,012 x 10-6m³.
Vamos entender por que essa é a resposta certa. A questão pede o volume da cavidade da esfera após a temperatura aumentar de 20°C para 120°C. Para calcular isso, precisamos lembrar que o coeficiente de dilatação linear (α) é de 10-5/°C.
Primeiramente, vamos calcular a variação de temperatura (ΔT): ΔT = 120°C - 20°C = 100°C.
Em seguida, podemos calcular a variação do raio externo da esfera (ΔR) utilizando a fórmula: ΔR = α * R * ΔT, onde R é o raio inicial. Substituindo os valores, temos: ΔR = 10-5/°C * 1,5 cm * 100°C = 0,015 cm.
Agora, precisamos calcular o novo raio externo (Rf): Rf = R + ΔR = 1,5 cm + 0,015 cm = 1,515 cm.
Para calcular o volume da cavidade da esfera, vamos utilizar a fórmula: V = (4/3) * π * R3. Substituindo os valores, temos: V = (4/3) * 3 * (1,515 cm)3 ≈ 4,012 x 10-6m³.
Portanto, a resposta correta é a letra C) 4,012 x 10-6m³.
699) As paredes isolantes de uma câmara frigorífica são compostas por uma camada de madeira de 3,0cm de espessura. Considere as temperaturas externa e interna da câmara, respectivamente, 20°C e 5°C, e a condutividade térmica da madeira 0,8W/m.K. A taxa de transferência de calor por unidade de área, no regime estacionário, através das paredes é:
- A) 400W/m2
- B) 600W/m2
- C) 800W/m2
- D) 1200W/m2
- E) 1600W/m2
A alternativa correta é a letra A) 400 W/m².
O cálculo da taxa de transferência de calor pode ser feito utilizando a lei de Fourier:
Q = k * A * (dT/dx)
onde Q é a taxa de transferência de calor, k é a condutividade térmica, A é a área da superfície e dT/dx é o gradiente de temperatura.
No problema, temos:
A = 1 m² (supondo uma área unitária)
k = 0,8 W/m.K (condutividade térmica da madeira)
dT/dx = (20°C - 5°C) / 0,03 m = 500 K/m (gradiente de temperatura)
Substituindo os valores, obtemos:
Q = 0,8 W/m.K * 1 m² * 500 K/m = 400 W/m²
Portanto, a alternativa correta é a letra A) 400 W/m².
Essa é a taxa de transferência de calor por unidade de área, no regime estacionário, através das paredes da câmara frigorífica.
700) Uma pessoa utilizando um termômetro graduado na escala Fahrenheit verificou que sua temperatura era de 97,7º F. Considerando que a temperatura normal do corpo humano é de 36,5º C, pode-se dizer que essa pessoa:
- A) está com muita febre, pois a temperatura encontra-se muito elevada;
- B) está com febre baixa, pois na escala centígrada corresponde a 37,7º C;
- C) está com a temperatura normal do corpo humano;
- D) está com hipotermia, pois na escala centígrada corresponde a 34,7º C;
- E) não é possível saber porque este tipo de termômetro só mede temperatura ambiente.
A alternativa correta é a letra C) está com a temperatura normal do corpo humano;
Para entender melhor essa questão, vamos analisar as informações fornecidas. Temos uma pessoa com uma temperatura de 97,7°F, medida com um termômetro graduado na escala Fahrenheit. Sabemos que a temperatura normal do corpo humano é de 36,5°C. Para comparar essas temperaturas, precisamos converter a temperatura de Fahrenheit para Celsius. Usando a fórmula de conversão, temos:
°C = (°F - 32) × 5/9
Substituindo o valor de 97,7°F, obtemos:
°C = (97,7 - 32) × 5/9 ≈ 36,5°C
Portanto, a temperatura da pessoa é muito próxima da temperatura normal do corpo humano, o que nos leva a concluir que a resposta correta é a letra C) está com a temperatura normal do corpo humano.
As outras opções não são válidas, pois:
A) A temperatura está muito elevada, o que não é verdadeiro, pois a temperatura da pessoa é próxima da normal.
B) A temperatura é de 37,7°C, o que é ligeiramente acima da normal, mas não é uma febre baixa.
D) A temperatura não é de 34,7°C, o que seria uma hipotermia.
E) O termômetro não mede a temperatura ambiente, mas a temperatura do corpo humano.